domingo, 29 de marzo de 2020

La innovación en la fabricación de palas para aerogeneradores


Las técnicas de fabricación de palas pueden ser relevantes para el futuro de las turbinas eólicas y en términos de mejorar la vida útil de los componentes. La eólica marina esta evolucionando cada día hacia turbinas mayores con dimensiones de palas que rozan lo inimaginable. Nuevas soluciones como la fabricación automatizada, ya sea que impliquen la colocación de laminado compuesto de fibra o procesos de impresión 3D con aditivos tanto para moldes como para las palas permitirían una reducción de costos impulsada por la tecnología en la fabricación, al tiempo que reducirían la incertidumbre en el proceso. También sería posible una adaptación adicional y más rápida a las necesidades específicas del cliente bajo el llamado paradigma de la nueva industria 4.0, así como pruebas rápidas de nuevos perfiles aerodinámicos. Se espera que los sensores y actuadores desempeñen un papel importante en la futura fabricación de palas de turbinas eólicas para una mejor supervisión y diseño.

Un material alternativo a las palas de la turbina eólica de fibra de vidrio son los materiales prefabricados como telas. Podrían reducir significativamente los costos de producción y el peso de las cuchillas. Esta tecnología utiliza tela tensada envuelta alrededor de una estructura de pala de estructura espacial, es decir, una estructura rígida liviana, que reemplaza el diseño actual de la pala de turbina eólica. La estructura de la pala se modificaría por completo, permitiendo un fácil acceso y reparación al tejido para mantener el rendimiento estándar de la turbina eólica.

Los nuevos materiales a base de poliuretano, como las láminas pre impregnadas de poliuretano y las preformas de espuma de fibra de vidrio/poliuretano se pueden utilizar para producir cuchillas más ligeras, más fuertes y más largas, en comparación con las versiones comerciales actuales basadas en epoxi. Una propiedad clave de las palas de la turbina eólica es la resistencia a la fractura inter laminar. La incorporación de nanotubos de carbono de paredes múltiples en compuestos de poliuretano puede duplicar la resistencia a la fractura de las cuchillas de epoxi.

La producción de palas de aerogeneradores sigue siendo un proceso bastante manual y tedioso. La automatización tiene el potencial de simplificar la producción y reducir los costos. Producir cuchillas con procesos de impresión 3D podría ser muy beneficioso a este respecto. Dado que estas técnicas de fabricación alternativas son aplicaciones de tecnologías existentes, esto no debería considerarse una tecnología radicalmente nueva. Esto también conduciría a una reducción de costos incremental. Sin embargo, se puede observar que estas técnicas de fabricación se utilizan para estructuras de pequeña escala, mientras que la aplicación en el sector de la energía eólica normalmente requeriría escalas mucho más grandes, por lo que en la actualidad todavía necesita de un tiempo de evolución.

Los nuevos materiales para las palas tienen mucho potencial, particularmente a mayor escala. Los nuevos materiales diseñados adecuadamente podrían contribuir a reducir el peso y aumentar la rigidez de una cuchilla. Seria importante contar con una nueva fibra/s que se adaptasen mejor a las palas de la turbina eólica que las fibras de carbono actualmente existentes, lo que sería claramente un añadido valiosa para el sector de la eólica.

Hasta este momento han sido varios los proyectos que intentan avanzar sobre este tópico, no obstante todavía hay varios desafíos que abordar con respecto a los nuevos textiles y su comportamiento (particularmente sus propiedades de fatiga y rendimiento). Se requerirá una investigación más activa para acelerar los desarrollos en esta área. Al tratarse las palas de un elemento de costo relativamente alto y al vivirse la situación actual de escalado al alza en las dimensiones de los aerogeneradores marinos, esto debería verse como un área prioritaria.









Source:

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Bullis K. GE hopes to make its cloth wind turbine idea fly. MIT Technol Rev; 2012.

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Williamson K. Bayer develops polyurethane composite for wind turbine blades. Renew Energy Focus 2011.

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